CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道的防腐選材設(shè)計(jì)

劉巖

摘 要： CPR1000是由中國(guó)廣核集團(tuán)所研發(fā)推出的改進(jìn)型1000MW級(jí)別壓水堆核電技術(shù)方案，它借鑒了法國(guó)的M310堆型，再結(jié)合我國(guó)20年來(lái)的漸進(jìn)式自主創(chuàng)新研發(fā)成果，具有較高的技術(shù)先進(jìn)性。本文的切入點(diǎn)是CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道，對(duì)它可能存在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)與防腐選材設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞： CPR1000型核電站；重要廠用水系統(tǒng)；管道；腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；選材設(shè)計(jì)

CPR1000型核電技術(shù)被稱(chēng)為“二代加”，因?yàn)樗^比二代核電技術(shù)在重要廠用水系統(tǒng)上系統(tǒng)管道方面還作出了相應(yīng)優(yōu)化，特別是對(duì)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的控制與防腐選材的選擇設(shè)計(jì)，極大程度降低了核電站建設(shè)成本，也延長(zhǎng)了重要廠用水系統(tǒng)管道的使用壽命。

一、CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)的作用與腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

（一）系統(tǒng)作用

CPR1000型核電站的重要廠用水系統(tǒng)會(huì)通過(guò)熱交換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電站中各個(gè)系統(tǒng)的熱量傳送，將熱量傳送到海水中形成載熱海水，最后再排入大海冷卻。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，重要廠用水系統(tǒng)就涵蓋了抽氣泵、換熱器、鐵柵、海生物捕集器等設(shè)備。

（二）腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

CPR1000型核電站地處海濱位置，所以它一定會(huì)面臨來(lái)自于海水的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，海水的腐蝕性會(huì)大幅度縮短核電站內(nèi)設(shè)備的使用壽命。這主要是因?yàn)樵诤Ｋ泻写罅康穆入x子與鈉離子包括其它金屬離子，它們與鹽類(lèi)離子共同化學(xué)作用就會(huì)形成強(qiáng)電解質(zhì)溶液，產(chǎn)生極強(qiáng)的腐蝕性。在我國(guó)廣東省的大亞灣核電站所采用的正是CPR1000型核電技術(shù)，由于該區(qū)域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，其海水特性就能夠呈現(xiàn)出上文所描述的結(jié)果，形成強(qiáng)電解質(zhì)溶液直接腐蝕核電站重要廠用水系統(tǒng)，以下給出大亞灣核電站周?chē)I的海水特性指標(biāo)，如表1。

如表1，在這種環(huán)境下海水在重要廠用水系統(tǒng)管道中的流通速度大約在2～2.5m/s，流動(dòng)速度偏高，而海水本身?yè)碛休^大含氧量，在快速流通過(guò)程中就容易引發(fā)腐蝕現(xiàn)象，這就是均質(zhì)腐蝕。它所腐蝕的對(duì)象通常為表面無(wú)任何保護(hù)設(shè)計(jì)的管道部分，在長(zhǎng)時(shí)間海水流通后管道管壁會(huì)逐漸變薄。

其次為縫隙腐蝕，它是指管道局部保護(hù)層在破損后海水會(huì)灌入保護(hù)層，通過(guò)破損位置海水死水區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)海水會(huì)長(zhǎng)期與管道基體接觸，但二者會(huì)因?yàn)榇嬖跐舛炔町惗纬煽p隙腐蝕，其最主要表現(xiàn)就是管道局部被穿孔。穿孔后腐蝕性介質(zhì)還會(huì)在管道外表面繼續(xù)發(fā)揮腐蝕作用，長(zhǎng)期腐蝕后它的表現(xiàn)也為管道變薄。

再次為電偶腐蝕，電偶腐蝕是由材質(zhì)腐蝕電位差異所產(chǎn)生的，某些設(shè)備之間由于所選材質(zhì)電位差異偏大，很容易在潮濕環(huán)境下發(fā)生電偶腐蝕現(xiàn)象，它的具體表現(xiàn)即為某些低腐蝕電位的材質(zhì)腐蝕速度較快，例如管道的換熱器連接部分。而換熱器本身的腐蝕電位偏高，所以當(dāng)管道被腐蝕破損以后不會(huì)腐蝕換熱器，這就間接加速了對(duì)管道的腐蝕速度，其具體表現(xiàn)除管壁變薄以外，還會(huì)出現(xiàn)管道銹蝕。

最后還有點(diǎn)蝕，對(duì)于重要廠用水系統(tǒng)而言，由于它沒(méi)有在不銹鋼管線表面位置設(shè)計(jì)任何防腐措施，所以就很容易在長(zhǎng)期操作工作后出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，它的表現(xiàn)為管道穿孔。另外點(diǎn)蝕也會(huì)引發(fā)縫隙裂縫，主要是位于管道拐角位置，即死水區(qū)域的的不銹鋼管線表面[1]。

二、重要廠用水系統(tǒng)管道的防腐選材設(shè)計(jì)

針對(duì)CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)的防腐材料選擇主要要遵循兩點(diǎn)原則：第一，所選擇防腐材料需要適應(yīng)于海水；第二，從宏觀上控制中藥廠用水系統(tǒng)中與海水直接接觸的設(shè)備數(shù)量。由于某些設(shè)備難以避免接觸海水，所以主要要圍繞第一點(diǎn)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行防腐選材設(shè)計(jì)，本文推薦兩種材料：襯膠管和陰極保護(hù)管。

（一）襯膠管的選材設(shè)計(jì)

在核電站中襯膠管是最常見(jiàn)的管線材料之一，它在碳鋼管道內(nèi)部表面進(jìn)行襯膠安裝。這種材料能夠?qū)⒐艿拦鼙谂c海水阻隔開(kāi)來(lái)，直接阻止海水腐蝕管壁，但如果襯膠管老化或破損，海水會(huì)與管道直接接觸并有可能造成閉塞電池腐蝕，最終導(dǎo)致管道穿孔，所以應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。具體來(lái)講就是首先明確重要廠用水系統(tǒng)的分布位置，它一般分布于泵站和廠房中，為此可以在這些位置直接采用膠板來(lái)對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)襯設(shè)計(jì)，保證內(nèi)襯厚度要在3.5mm以上，且硬度也不能低于shore A 60級(jí)別。在襯膠設(shè)計(jì)安裝完畢以后就可正常使用管道。該設(shè)計(jì)能夠保證襯膠管不被損壞，且管道10年內(nèi)不被海水腐蝕。

（二）陰極保護(hù)管的選材設(shè)計(jì)

陰極保護(hù)管是CPR1000型核電技術(shù)“二代加”的改進(jìn)技術(shù)亮點(diǎn)之一，它在設(shè)計(jì)方面采用了BONNA管，解決了原有陰極保護(hù)管使用壽命短的缺陷。陰極保護(hù)管也同樣采用隔離方法，但是它還額外增加了保護(hù)電流方法，兩種設(shè)計(jì)方法都能保證管道不會(huì)被腐蝕。這里以保護(hù)電流法為例，它會(huì)在管道內(nèi)表面涂上一層保護(hù)涂層，其目的是為了減少電化學(xué)保護(hù)所需要的電流流量，形成保護(hù)電流。如果涂層發(fā)生破損，還能通過(guò)保護(hù)電流來(lái)阻止縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕等等現(xiàn)象的發(fā)生。如圖1。

如圖1，陰極保護(hù)管還有輔助陽(yáng)極，它所采用的是輔助陽(yáng)極鈦棒與參比電極銀棒，其中輔助陽(yáng)極鈦棒會(huì)安裝在參比電極的基座位置，并焊接于管道表面位置。電極與管道呈現(xiàn)垂直位置，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生保護(hù)電流。當(dāng)然，在保護(hù)電流設(shè)計(jì)方面要求其設(shè)計(jì)值應(yīng)該在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)過(guò)保護(hù)現(xiàn)象。可以考慮將陽(yáng)極焊接在管道位置上，避免出現(xiàn)由殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的保護(hù)不均勻狀況[2]。

總結(jié)：

綜上所述，本文主要介紹了CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道的腐蝕原因及防腐選材設(shè)計(jì)，希望通過(guò)襯膠管、陰極保護(hù)管等等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)管壁與海水有效阻隔，并形成保護(hù)電流進(jìn)一步強(qiáng)化管道保護(hù)作用，取得了一定使用效果，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李大鵬.CPR1000核電站廠用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與切換方式研究[D].大連理工大學(xué)，2016.24-28.

[2] 陳慧，姜媛媛，孫永亮等.CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道的防腐選材設(shè)計(jì)[J].全面腐蝕控制，2014，（6）：11-13.endprint